环形密封是旋转机械的重要组成部件,浮环密封作为一种非接触式环形密封,由于结构简单、运行可靠、密封性能好等优点被广泛应用于各种旋转机械中。大型旋转机械的结构复杂,工作环境恶劣,工作条件苛刻,容易因为各种原因发生故障。而浮环密封在这种复杂的流场环境中,不可避免地会与流场流体产生相互作用力,即流固耦合力。该作用力不仅会对浮环密封的稳态和动态性能产生影响,也会对整个转子系统的动力学性能产生重要影响。本文基于流体力学和固体力学相关理论,对工程中具有重要应用的一种浮环密封,进行了稳态和动态流场分析,并对具有该类浮环密封的转子系统动力学特性进行了研究,得出相关结论。基于一种整体流动模型,建立浮环密封间隙流场的非线性控制方程,并通过无量纲化和扰动分析得到间隙流场的无量纲零阶方程和一阶方程。基于浮环密封的运动机理对浮环进行受力分析,得到求解浮环自锁位置的一种迭代方法。运用有限差分法和SIMPLE算法的数值方法对无量纲控制方程进行离散和算法推导,并运用MATLAB软件编写计算机程序完成数值求解。首先对浮环间隙流场的稳态压力分布和速度分布进行了数值计算和分析。结果表明,稳态流场的轴向速度沿轴向方向不发生变化,沿周向方向随着间隙的增大而增大。周向速度在间隙进口附近迅速增大,随后沿轴向方向逐渐趋于平缓,沿周向方向随着间隙的增大而减小。压力沿轴向方向从间隙进口到出口呈近似线性递减的趋势,沿周向方向随间隙的增大而减小。考虑浮环结构和系统工况,分析相关参数对浮环稳态性能和动态性能的影响。结果表明,浮环泄漏量随着流体粘度、浮环长度和转子转速的增大而减小,随着浮环厚度的增大而增大,随着进口速度涡动系数的增大先增大后减小。浮环锁定偏心率随着流体粘度、进口速度涡动系数、浮环长度和转子转速的增大而减小,随着浮环厚度的增大而增大。锁定偏心与初始偏心的夹角随着各项参数的增大而增大。浮环间隙流体对转子的承载能力随着浮环长度、浮环厚度和转子转速的增大而增强,随着流体粘度的增大而减弱,随着进口速度涡动系数的增大而先增强后减弱。运用有限元法建立具有四自由度的Jeffcott浮环密封-转子系统运动微分方程,通过数值计算分析了系统的动力学特性。结果表明,系统的自由涡动轨迹是椭圆形,各阶固有模态振型变化很大,系统的临界阶数越高,相应的固有模态振型越复杂。最后分析了浮环结构和工况参数对系统前五阶临界转速和稳定性的影响。结果表明,各参数对系统前三阶的临界转速影响较大。其中,各阶临界转速随流体粘度的增大而减小,随进口速度涡动系数、浮环长度和浮环厚度的增大而增大。低转速情况下系统稳定性随流体粘度、进口速度涡动系数以及浮环厚度的增大而降低,随着浮环长度的增大而升高,当转速提高到一定值后,系统稳定性随流体粘度的增大而升高。